Nuestros cerebros comprenden 86 mil millones de neuronas y billones de conexiones entre ellas, lo que provoca una tormenta orquestada de electricidad y sustancias químicas que pulsan dentro de una masa de 3 libras de grasa gelatinizada, proteínas y agua.
La intrincada máquina biológica que nos define a los humanos requiere unos 20 años para madurar, un período de desarrollo mucho más largo que en la mayoría de las otras especies.
Esto, junto con el inconveniente adicional de que está encerrado dentro de nuestros cráneos, hace que nuestros cerebros en desarrollo sean experimentalmente inaccesibles.
Entonces, los científicos están construyendo cerebros en el laboratorio, no es gran cosa.
En un avance descrito en la revista Nature, los investigadores han creado cerebros en miniatura, llamados organoides, que pueden “sentir” el paso del tiempo y retener una “memoria” celular de cuánto tiempo han pasado desarrollándose.
Estas colecciones de células cerebrales derivadas de células madre son también los organoides más longevos observados hasta la fecha, observados durante casi seis años. Este lapso no tiene precedentes, ya que muchos experimentos anteriores con organoides se limitaron a unas pocas semanas o meses.
“El trabajo demuestra que una diversidad de células en los organoides pueden desarrollarse durante períodos de tiempo considerables y son capaces de registrar y recordar su edad de desarrollo”, explican los investigadores.
“Estos sistemas proporcionan una gran cantidad de datos sobre períodos en gran medida inescrutables del desarrollo posnatal del cerebro humano”.
Los científicos han construido organoides similares a cerebros antes, incluso algunos de los que surgieron ojos rudimentarios con fibras cerebrales que comparten señales.
Sin embargo, este nuevo trabajo marca al menos dos pasos vitales hacia adelante: en longevidad y función.
Los investigadores utilizaron diversas mediciones genéticas, de imágenes y electrofisiológicas para estudiar la maduración de decenas de organoides. Fundamentalmente, utilizaron marcadores de ADN como “relojes epigenéticos” para demostrar que sus especímenes cultivados maduraron de manera similar a los cerebros reales.
Aún así, no todos los tipos de células tienen la misma probabilidad de sobrevivir en los organoides. Pero la mayoría de los tipos de células mostraron una maduración molecular continua durante todo el experimento, lo que ofrece concordancia entre los procesos de maduración cerebral in vitro e in vivo.
Esto incluyó la aparición de células como los astrocitos en forma de estrella que ayudan a sostener y mantener la barrera hematoencefálica, así como los oligodendrocitos que crean la vaina grasa de mielina que aísla las fibras nerviosas.
Y aunque los investigadores detectaron una disminución progresiva de las neuronas esenciales pero frágiles que impulsan las principales funciones cerebrales, demostraron que poblaciones de estas células pueden sobrevivir en cultivo durante casi seis años.
Es importante destacar que también demostraron cómo ayudar a preservar las neuronas: manteniéndolas activas espontáneamente, algo similar a realizar flexiones periódicas de bíceps para evitar la flacidez de la parte superior del brazo.
Este régimen de ejercicio neuronal está respaldado por un medio de cultivo especializado que imita más fielmente el entorno químico del sistema nervioso central.
Quizás lo más interesante es que las células cerebrales parecen registrar el paso del tiempo a través de “un reloj celular intrínseco que marca el ritmo del desarrollo del cerebro, aunque sus mecanismos moleculares y su importancia funcional aún no se han dilucidado”, escriben los investigadores.
Para probar esto, dividieron organoides de diferentes edades en sus células constituyentes. Luego los volvieron a ensamblar en “quimeroides”, como pequeñas entidades frankensteinianas improvisadas a partir de una mezcla de componentes individuales de diferentes edades.
Estos quimeroides mostraban una memoria celular de su edad de desarrollo anterior a pesar de que habían sido desensamblados y luego reagregados.
Por ejemplo, un quimeroide elaborado a partir de células viejas produjo una progenie apropiada para la edad (células nuevas), como la astroglia, a pesar de que solo había madurado durante 15 días después del reensamblaje.
Además, cuando se mezclaron con células más jóvenes, los quimeroides cambiaron hacia estados moleculares algo más jóvenes, pero aún conservaron evidencia de su historia de desarrollo anterior.
Entonces, cuando se crearon progenitores más viejos a partir de células viejas reensambladas, “recordaron” el período que pasaron en cultivo y se saltaron los pasos que ya habían realizado, produciendo en dos semanas la progenie que de otro modo tomaría dos meses.
Finalmente, al demostrar que los organoides pueden mantenerse durante períodos tan largos, los investigadores proporcionan una manera de modelar características moleculares, estructurales y funcionales seleccionadas de la maduración posnatal de las células cerebrales humanas.
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“Juntos, los organoides cultivados durante períodos prolongados y la riqueza multimodal de datos producidos a partir de ellos representan tanto un poderoso sistema experimental”, concluyen los investigadores, “como la información para impulsar la comprensión de los mecanismos en gran medida inexplorados que gobiernan la neotenia, la maduración y la evolución del cerebro humano”.
Esta investigación fue publicada en Nature.
Este artículo fue verificado por Rachel Garner y editado por Rebecca Dyer. Si bien nos enorgullecemos de nuestro proceso, somos humanos. Si detecta un error, háganoslo saber.